Realization of current density imaging using ultra-low-field MRI

Media type: E-Book; Thesis

Title: Realization of current density imaging using ultra-low-field MRI

Contributor: Hömmen, Peter [Author]; Haueisen, Jens [Degree supervisor]; Trahms, Lutz [Degree supervisor]; Parkkonen, Lauri [Degree supervisor]

Corporation: Technische Universität Ilmenau

Published: Ilmenau: Universitätsbibliothek, [2021?]

Extent: 1 Online-Ressource (xvii, 158 Seiten); Diagramme, Illustrationen

Language: English

DOI: 10.22032/dbt.49343

Identifier:

RVK notation: YR 2520 : Tomographie (Röntgenschichtaufnahme) z. B. Computertomographie, NMR- Tomographie, Ultraschalltomographie

Keywords: Kernspintomografie > Elektrische Stromdichte > In vivo > Signal-Rausch-Abstand

Origination:

University thesis: Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2021

Footnote: Tag der Verteidigung: 15.06.2021

Description: Stromdichtebildgebung (CDI) von Strömen, die dem menschlichen Kopf aufgeprägt werden, würde eine individuelle und ortsaufgelöste Abbildung der Gewebeleitfähigkeit ermöglichen. Diese ist für eine zuverlässige funktionale Bildgebung neuronaler Aktivität und für Neuromodulation von zentraler Bedeutung. Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglicht CDI nicht-invasiv über die Erfassung des Magnetfeldes BJ, welches aus der Stromdichte J resultiert. Die konventionelle MRT im Hochfeld ist bei der Messung von BJ auf eine Raumrichtung limitiert, was die Rekonstruktion des vollen Stromdichtevektors deutlich erschwert. MRT im Ultra-Niedrigfeld (ULF) eröffnet neue Möglichkeiten für CDI. Magnetfelder, erzeugt von Raumtemperaturspulen, können innerhalb einer Pulssequenz beliebig geschalten werden. Dies ermöglicht zero-field encoding, eine Sequenz, bei der alle Komponenten von BJ im Nullfeld detektiert werden. Bisher konnte zero-field encoding mittels ULF MRT nicht realisiert werden, vorwiegend wegen Schwierigkeiten beim definierten Schalten der Magnetfelder. Darüber hinaus ist ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) erforderlich, weil die an einen Menschen angelegten Ströme durch Sicherheitsvorschriften begrenzt sind. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Charakterisierung eines ULF-MRT-Aufbaus, der in-vivo CDI ermöglicht. Hauptmerkmale sind die Möglichkeit zur definierten Manipulation der Magnetisierungsrichtung, die Fähigkeit alle MRT-Felder nahezu instantan zu schalten und eine sehr hohe Sensitivität. Außerdem wurde die Sequenz modifiziert, sodass durch ein Kalibrierverfahren Phasenverschiebungen, resultierend aus BJ, von den Effekten der Pulssequenz getrennt werden können. Die Methoden wurden erfolgreich in Phantommessungen validiert. BJ und J wurden für 2 mA Ströme in verschiedenen Richtungen zuverlässig rekonstruiert. Diese Demonstration ist die erste Rekonstruktion des vollen J-Vektors auf der Grundlage einer nicht-invasiven Methodik. Bei Stromdichteverteilungen im Bereich der in-vivo erwartbaren Größenordnungen zeigte sich jedoch eine weitere notwendige Verbesserung des SNR. Die Sensitivität wurde zusätzlich theoretisch untersucht, wobei eine Beziehung zwischen dem SNR im Bildbereich und der Unsicherheit der Feldrekonstruktionen zugrunde gelegt wurde. Die Erkenntnisse aus den Phantommessungen und der Sensitivitätsanalyse veranlassten eine Weiterentwicklung des ULF-MRT-Aufbaus. In MRT-Simulationen mit einem realistischen Kopfmodell konnte gezeigt werden, dass die Empfindlichkeit des Systems ausreichend ist um BJ intrakraniell mit einem SNR[BJ] > 10 darzustellen. Schließlich wurden zwei Demonstrationsmessungen durchgeführt, eine mit einem realistischen Kopfphantom und die andere an einem Freiwilligen, in einer tatsächlichen in-vivo Anwendung. Unter Berücksichtigung weiterer möglicher Verbesserungen stimmten die Rekonstruktionen gut mit den Simulationen überein.

Access State: Open Access

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